Biologie : Niveaux d’Organisation du Vivant Cours en ligne : http://coursenligne.u-paris10.fr Deux tuteurs a partir du 2 novembre : Alexandre Lerch , Franck Peron Préambule Que sont les sciences humaines et sociales ? C’est l’étude des comportements et des processus mentaux humains. Homme = organisme vivant adapté à son milieu. Plan du cours : Chapitre 1 : Niveaux d’Organisation du vivant Chapitre 2 : L’Evolution des systèmes vivant Chapitre 3 : Le Systeme « Organisme – Milieu » Introduction - Caractéristique des Systemes vivants Principales caractéristiques des systèmes vivants : - Autoconservation Autorégulation Autoreproduction Est considéré comme inerte, quelque chose qui n’a pas ces 3 éléments à la fois. Autoconservation : Capacité à se maintenir en vie de façon autonome par : Nutrition, Assimilation, Excrétion, Fabrication de l’énergie nécessaire à ces travaux. Autorégulation : Capacité à coordonner, synchroniser et contrôler les mécanismes précédent de façon autonome. On distingue la régulation interne et externe : - Au niveau cellulaire (régulation des gènes) Au niveau d’un organisme Au niveau d’une population Au niveau d’une génération Autoreproduction : capacité de reproduire de façon autonome ayant des capacité d’autoconservation autorégulation et d’autoreproduction : - a partir d’un seul individu (asexué) à partir de deux individus (reproduction sexuée) L’unité du système vivant est la cellule. On distingue d’une part les Procaryote = les bactéries, et d’autre part les Eucaryotes = les animaux, végétaux, champignons. On distingue également les organismes unicellulaires (bactéries, protophytes, protozoaires) des organismes pluricellulaires (Métaphyte, Métazoaires) les cellules vivent en communauté, elles communiquent donc entre elles. Au début du développement tous les organismes pluricellulaires sont unicellulaires. On considère le virus comme un organisme inerte = non vivant. Il a en effet besoin d’une cellule vivante pour se conserver, se réguler et se reproduire, il n’est donc pas autonome. Chapitre 1. Niveaux hiérarchiques d’organisation 1. Organisation chimique de la matière a. Atomes et Molécules Un atome à un noyau constitué de 2 sortes de particuliers : Les Protons (+) et les Neutrons (neutres) Par exemple l’atome de Carbone : 6 protons + 6 Neutrons Tout atome a autour de son noyau des électrons qui gravitent. Il y a autant de protons que d’électrons. Il y’a 2 couches d’électrons. La première est saturée a 2, la seconde a 8. Dans sa globalité, un atome est donc neutre électriquement. Par ex l’hydrogène : 1 proton, 1 électron. 99, 3 % des atomes constituant de l’univers sont constitués d’Hydrogène, Carbone, Oxygène, N (azote). Le Carbone est l’élément le plus représenté des éléments. Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Par Exemple le Chlorure de Sodium est composé des ions Na+ et ClObservons l’assemblage de ces 2 éléments : L’atome de sodium possède 11 électrons (Na) L’atome de Chlore en possède 17 (Cl) Lors de l’assemblage de ces 2 éléments, L’ion sodium (Na) perd un électron (il se touve seul sur la 3ème couche et se fait donc « aspirer par l’atome de Chlore). L’atome Na ayant un électron en moins est donc chargé positivement : Na+ L’atome Cl ayant un électron en plus est donc chargé négativement : Cl- On obtient ainsi la molécule de Chlorure de Sodium : Na+ClUne molécule est une association d’ions ou d’atomes. On observe également que les atome de Na ou Cl sont très dangereux individuellement mais le Sel (Na+Cl-) est indispensable à la vie humaine Cours de Biologie n°2 : 13 Octobre 2009 Molécules inorganiques : se divisent en eau et sels minéraux (pas de carbone) Molécules organiques : protides acides nucléiques glucide lipides b. Molécules Inorganiques Eau Hydrogène et oxygène dangereux mais pas de vie sans eau…= H2O A l’intérieur des cellules il y a tjrs de l’eau, avec des substances dissoutes dedans. Milieu intra cellulaire. A l’extérieur des cellules il y’a aussi de l’eau avec des substances dissoutes aussi, milieu appelé extra cellulaires. - Réactions chimiques Une molécule essentielle à la vie peut être composé de molécules très dangereuses. (Voir planche 4 du polycop) La quantité proportionnelle d’eau chez un être humain diffère selon l’âge. Le pourcentage est global/moyen… - Elimination des déchets L’eau est aussi importante dans l’élimination des déchets. Chaque cellule va évacuer ses déchets dans le liquide extra cellulaire, puis sera drainé au niveau des reins, puis évacué dans l’urine, donc avec de l’eau. - Thermorégulation Certains insectes par exemple ne peuvent pas s auto réguler, alors que les mammifères peuvent. On évacue de l’eau quand on a trop chaud et on essaie d en garder quand on a trop froid. Sels minéraux : Ca, Na, Mg, P Rôles : Constitution des tissus Assez divers, par ex pour le calcium, il y’en a dans le squelette, mais aussi dans d’autres cellules. Ils font partis des régulateurs. Rôle dans l’excitabilité L’excitabilité neuraux musculaire est le fait que le muscle de ne peut se contracter que si l’on envoie un flux nerveux. Il est donc dépendant de notre système nerveux. Le calcium participe a cette transmission nerveuse. Ils n’ont aucun rôle dans la création d’énergies. Ex : Rôle du Calcium : - Constituant os et dents Influx nerveux Coagulation du sang. Rôle du chlorure de Sodium (NaCl) Conserve l’eau dans les cellules. Lorsqu’il n’y a pas assez de Sels, l’intérieur d’une cellule est trop salé par rapport a l’extérieur. Donc l’eau va entrer dans le milieu intra pour diluer le sel. Car les cellules gonfle et peuvent éclater. Si il y’a trop de sel autour, l’eau va s’échapper de la cellule Il faut tjrs qu’une cellule baigne dans un liquide extra cellulaire qui est plus salé qu’elle. c. Molécules organiques Glucides : Alcool + aldéhyde ou cétone Lipides : alcools + acides gras Protides : acide + amine Acides Nucléiques Les groupements fonctionnels sont des groupements d’atome qu’on retrouve dans la catégorie de molécules (page 9 planches 2) Exemple fonction alcool : caractérisée par la molécule OH, et le R = Radical qui peut varier. Glucides : (Sucre, farine, riz, pommes de terre, légumes secs) 1er Rôle : Reconnaissance cellulaire Ils sont essentiels dans la reconnaissance cellulaire. Récepteur glucidiques dans la membrane pour reconnaître : Virus, Bactéries, Hormones, Anticorps, etc.… Dans les organismes pluri cellulaire il faut que chaque cellule communique les unes avec les autres. 2nd Rôle : Carburant énergétique Rôle énergétique, carburant rapide. (Peut être stocké par le foie ou les muscles sous forme de glycogènes) Il permet à la cellule de fabriquer de l’énergie cellulaire. Lipides : (Huile, beurre, gras,) 1er Rôle : Les Phospholipides = lipides + Molécule de phosphate. C’est la base de toutes les membranes de tous les systèmes vivants. Ces Lipides vont donner un rôle d’isolant à la cellule. 2ème Rôle : Reserve Énergétique C’est un carburant à long terme. Elles sont stockées dans les cellules adipeuses, ou adipocyte. Protides : 3 catégories : - acides aminés (plus simples) peptides (plus complexe) protéines (plus volumineux) On les trouve dans le poisson, les œufs, le riz Un acide aminé est uniquement une molécule faite avec une fonction acide, une fonction amine, et un Radical (une autre molécule qui se bloque sur le système et qui est variable) Lorsqu’ils vont s’associer les uns aux autres, ils vont pouvoir s’associer soit par leur fonction acide, soit par leur fonction amine. C’est la base essentielle du monde vivant, justement parce que il y’a peu d’ingrédients a la base, et qui permettent de faire des milliards et des milliards de choses différentes. Un peptide ce sont deux acides aminés, par extension quelques acides aminés associés les uns aux autres, un peptide ne va pas être associé par plus de cent acide aminé, sinon on l’appellera protéine, car plus grand. On parle de polypeptides (moins de 100 acides aminés) Une liaison peptidique c est le fait qu’un fonction amine s associe avec une fonction acide d un autre aa. T’a un dégagement d’une molécule d’eau qui va s associer. De part la structure n’importe quel aa va pouvoir s associer. Il y’a toujours une extrémité fonction acide, et une fonction amine. Les acides aminés peuvent s associer de n’importe quelle façon et ca permet de faire soit des peptides soit des protéines, de façon infinie. C’est la cellule qui se fabrique ses propres protides. Les peptides différents c a dire que chaque peptide aura un rôle différent,. De part la nature des aa, par le nombre, et de l’ordre. Les protéines se sont des assemblages d’aa, mais il y’en a toujours plus de cent. Ce sont des molécules tjrs volumineuses. Il faut toujours imaginer qu’une molécule qui est dc constitué de différents atomes, a une forme dans l’espace. Les molécules aa quand ils s associent les uns aux autres ils vont s associer la ou il y’a les fonctions, ce qui va donner une forme en 3D, et les formes se complexifient de plus en plus. Structure Primaire : Juste quelques aa associés les uns aux autres. Structure Secondaire : forme de spirale Structure Tertiaire : Dans la cellule il peut y avoir plusieurs protéines qui vont s associer les unes aux autres. Structure Quaternaire : les protéines s associent els une aux autres mais aussi a d’autres atomes, d’autres cellules qui n’ont pas la même fonction (ex : l’hémoglobine , c’est la molécule qui donne la couleur rouge. Elle a pour rôle de transporter l’Oxygène. Cette protéine a une structure complexe : elle est constitué de 4 molécules. On a des associations d atomes ou il y a du fer. Cette association permet le transport entre autre de l’oxygène dans le sang. Tout notre système vivant fabrique nos protéines. Quand une protéine est fabriquée il faut qu’elle subisse encore des transformations afin d obtenir une certaine forme. = processus de maturation. Les rôles : Planche 7 Du polycop, Page 14 Les cellules se fabriquent leurs protéines, c est la base de l’hérédité. d. Acides Nucléiques – Nucléotides Un acide nucléique est fait en nucléotides. Il y’a différents types. Découverts très tard (début 20ème) la constitution a été trouvée dans les années 50. On les a appelé comme ca car on savait qu‘a l’intérieur du noyau de toutes les cellules il y’avait des molécules particulières dont on ne connaissait pas toute la constitution mais on savait qu’elle était a base d acides. (noyau d’atome = nucléaire, noyau de cellule = nucléide)attente Il peut aussi y’en avoir a l’extérieur du noyau, mais on a conservé l’appellation. Tout acide nucléique est constitué de différents nucléotides associés les uns aux autres. Un nucléotide est déjà un composé : une molécule d’acide phosphorique, un glucide (qui peut être de deux sortes, soit du ribose soit le désoxyribose) et puis associé au glucide il y’a une base azotée (cytosine, thymine, Uracile, Adénine, Guanine) Acide Nucléique – ADN Acide désoxyribonucléique http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_nucl%C3%A9ique#Composition Une molécule d’ADN est faite d’une double chaine de nucléotides. Ces 2 chaines sont aussi appelées : Brins. Chaine d’ADN 2 brins. Les 2 brins sont associés par leurs bases azotées. La règle d’association est stricte. De la Thymine ne peut s’associer qu’avec l’Adénine La Guanine uniquement avec la cytosine. Et réciproquement. Il n’y a jamais d’Uracile dans l’ADN. On appelle ca : la règle de complémentarité entre les bases. Tout système vivant a des molécules d’ADN avec les mêmes règles de complémentarités. Si on connaît l’un des brins (la succession des nucléotides qui portent les bases azotées) on peut rapidement reconstituer l’autre. Mais la succession de l‘ordre des nucléotides dans l’un des bruns ne peut être devinée. Avec 4 sortes de nucléotides différents, un brin d’ADN peut être constitué de milliards de fois différentes, tellement les possibilités sont infinies. Il faut connaître tout de même la constitution de l’un des brins. Ce sont les acides nucléiques qui donnent des plans de fabrication de nucléotides a la cellule. L’ADN a été supposé depuis longtemps, mais on ne connaît sa structure en 3D que depuis peu (années 50). Forme dite de Double Hélice. Les Hélices sont liées entre elles par les bases azotées. C’est cette double hélice est donc appelé ADN. (voir page 15 planche 8) L’ADN donne le plan de fabrication des protéines. Quand la cellule se prépare a sa division et pendant sa division, les molécules d’ADN se transforment en bâtonnets particulier que l’on appelle « Chromosome » L’ADN se trouve sur une forme ordonnée au moment de la division. Donc en les constituant en chromosome. L’ARN est l’autre forme d’acide nucléique qui s’appelle Acide Ribonucléique qui est fait de nucléotide avec du ribose, dans les bases azotées on ne trouve jamais de Thymine mais de l’Uracile.